절리암반에서 근접사면 굴착 시 기존터널의 안정성 평가를 위한 근접도 연구

Abstract

본 논문에서는 기존 터널에 근접하여 절리암반 사면을 굴착할 때에 응력해방과 암반 변위에 의해 터널이 변형됨에 따라 기존 터널의 안정성이 저하되는 것을 방지하기 위한 굴착 깊이에 대한 터널 근접도를 연구하였다. 특히, 터널과 동일한 이격거리의 사면을 굴착할 때에 절리각도와 굴착사면 경사를 고려하여 터널의 안전성을 확보할 수 있는 한계 깊이를 구하였다. 이를 위하여 절리면 경사각은 0°, 30°, 60°, 90°로 변화시키고 각 절리면 경사각에 대해 굴착사면 경사가 60°, 75°, 90°인 경우를 2차원 대형모형시험과 수치해석을 통하여 분석하였다. 대형모형시험은 3.1m(폭), 3.1m(높이), 0.5m(길이) 크기의 시험장치에서 콘크리트 블록을 사용하여 시험지반을 조성하여 수행하였다. 터널에서 사면까지는 터널 직경(D)만큼 이격시켰으며, 모형터널은 1/20의 상사율을 적용하여 두께 6㎜, 직경 0.6m로 제작하였다. 수치해석은 개별요소법 프로그램인 UDEC을 사용하여 수행하였다. 대형모형시험 결과와 수치해석 결과를 비교분석하여 동일한 절리면 경사각에서도 굴착사면 경사와 굴착 깊이에 따라 터널 내공변위와 터널의 부재력이 다르게 발생하며, 터널 안전에 영향을 미치는 사면의 굴착 깊이는 굴착사면 경사가 급할수록 얕아진다는 것을 확인하였다. 굴착사면 경사가 절리면 마찰각보다 큰 경우에는 사면굴착 시 사면 붕괴가 발생하지만, 사면을 절리면 경사각과 동일한 경사로 굴착을 하면 사면붕괴를 방지할 수 있으며, 터널의 안정성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 터널과의 이격거리도 감소시킬 수 있다는 것을 확인하였다. 이상의 연구를 통해서 절리암반 내 기존터널과 터널 직경(D)만큼 근접하여 절리암반 사면을 굴착할 경우에 절리면 경사각과 굴착사면 경사에 따른 굴착 깊이별 터널 근접도를 제시하였다.